淺談汽車底盤焊接工藝技術研究

高田龍 任杰

【摘 要】每一類焊接件都有它的焊接變形規律，通過對焊接變形規律的總結，對實際產品數模、圖紙的分析，制定出合理的焊接工藝，這是焊接工藝開發的核心。如果不考慮這些因素，接到項目后，馬上開始工藝設計，后期往往會出現大量變更，甚至會出現無法扭轉的局面，而現在的開發往往是這種狀態，因此，要改變這種開發流程，就應注重對現場過程的分析，及時對調試過程進行總結，根據大量的統計數據，建立焊接變形的模型，為后續新項目的開發提供數據支持。

【關鍵詞】汽車底盤；焊接工藝；技術

引言

乘用車底盤涉及的承載式車身的副車架類、擺臂類以及非承載式車身的車架等焊接類總成件普遍采用電弧焊接拼焊工藝。盡管電弧焊接工藝技術非常成熟、應用也非常廣，但汽車底盤焊接類總成因其自身結構復雜、空間小及焊道走向極不規則的特點，造成其焊接工藝開發的難度較大。隨著汽車工業的發展，整車對底盤焊接類總成件的精度要求越來越高，單純依靠焊接工藝實現穩定的產品質量正不斷地受到挑戰。文章在整個產品設計開發、過程設計開發大的思路下，系統地介紹了產品設計工藝性審查、優良的工藝設計、夾具可調性設計以及焊接工藝與其它工藝的多種組合等前瞻性研究。

1、底盤件焊接工藝特點

在進行所有研究之前，首先要了解底盤件焊接工藝的特點，這是基礎。某款車的前副車架焊接總成，焊接零件多，結構復雜，要求保證精度高，焊縫多，總焊縫長達38m，板厚在2～6mm之間，這些特征將導致焊接變形非常復雜。汽車底盤焊接類總成件均具有以上特點。除此之外，隨著國內汽車廠商推出的整車產品不斷國際化，開始挑戰中高端汽車產品，因此，對底盤件精度的要求越來越高。目前底盤焊接總成件的平均精度為0.5～0.8mm，有的焊接件局部精度要求更高，顯然，再單純依靠焊接工藝已經無法保證高精度了。焊接工藝作為特種工藝，其核心是如何控制焊接變形以及控制方法，這就需要對焊接產品的工藝制造性、工藝設計、焊接裝備的可調性及多種工藝組合進行重點研究。

2、良好的工藝設計

不僅要有制造工藝性好的產品設計，同時還要開展良好的工藝流程設計。良好的工藝流程設計核心是為了減少焊接變形量或令焊接變形朝預設的方向發展變化，最終有效保證產品精度，并穩定生產。列舉1個典型案例進行說明。有對稱度要求的2個支架，必須安排在1個工序內進行對稱焊接并完成，不可分成2個工序完成。汽車底盤后橋殼類產品的支架焊接，如圖1所示，支架A-支架B、支架C-支架D均為中心對稱支架組，每組對稱支架必須單獨放在2個工序內，這種安排可以保證其對稱精度，同時也使橋管的變形按預設的方向變化，即2個工序對于橋管的彎曲變形度大部分會相互抵消，降低后序校直工序的校直難度。

在進行工藝設計的同時，要考慮產品設計的功能，要同步開展設備種類、規格的選擇。例如：每組對稱焊接的支架，最好要同時進行焊接，工藝性更好。要保證同時焊接，選擇人工焊接是不能夠實現的，因為人工焊接一次只能焊接一個支架，而且后橋支架是受力工件，對焊接強度要求較高，支架焊道處斷裂是它的主要失效模式，人工焊接質量不穩定，因此，有條件的企業，最好選用雙機器人同時對2個支架進行焊接，使后橋殼整體焊接變形更可控、焊接質量更穩定。在實際工作中，不斷總結某一類產品（結構類似）或同平臺產品的焊接變形規律，以便在后序開發中，根據焊接變形規律進行有針對性的工藝流程設計。

3、底盤件產品設計工藝性審查

進行產品設計工藝性審查，是使新設計的產品在滿足使用功能的前提下，應符合一定的工藝性指標要求，以便在現有生產條件下采用經濟、合理的方法完成制造，同時在工藝審查過程中提高審查能力，為后續的使用維修提供便利，以確保產品設計實現低成本、高質量、短周期的開發目標，并且更容易制造。為了保證設計的產品具有良好的工藝性，在產品設計的各個階段均應進行設計工藝性審查，主要包括交流數模設計階段的審查、工藝數模設計階段的審查、NC數模及圖紙設計階段的審查。

評審時，需要制定一系列審查標準，作為判斷標準。那么對于底盤焊接總成件，重點關注的是定位設計及構造設計兩部分，需要掌握正確的分析方法和眾多的案例用以形成審查標準。1）定位設計：焊接構造各工件的關系，稱為定位；2）焊接構造：指構成焊接件的各單件的物理結構，包含焊道等。以定位設計的審查標準為例，介紹工藝SE分析的內容以及它帶來的好處。

4、焊接夾具可調性設計

4.1、完全依據產品數模設計焊接夾具

不考慮焊接變形規律，直接根據產品數模尺寸設計焊接夾具的各定位機構的位置。此種方式，往往是以往沒有總結過此類產品的焊接變形規律，或是開發1種新結構的底盤焊接類總成，尚不清楚其焊接變形規律，這也是最常用的設計方式。

4.2、反變形設計

根據以往經驗，對底盤類焊接件變形規律進行大量的數據統計，現已掌握其變形規律。根據產品數模與圖紙進行焊接夾具設計時，對夾具內各定位點位置的確定已考慮了焊接變形量，焊接完畢后，產品尺寸經正常收縮后，即可達到產品圖紙要求的精度，此設計形式對焊接工裝設計工程師的要求很高。

綜上，不論是第1種還是第2種夾具設計方式，由于焊接工藝存在焊接變形，在安裝調試、批量生產過程中都會對焊接夾具進行調整，所以在設計焊接夾具時，必須考慮各定位機構的可調性。下面舉例說明如何設計焊接夾具可調性。工件定位點選擇合理，每一個定位點要根據該部件在汽車上的功能確定需要調整的自由度數量，若自由度數量為n，則設計成n自由度調整機構，同時要設計調整位置精度（調整范圍±3mm）的機構，使定位元件的實際移動量與目標值之差不大于0.2mm。

5、焊接工藝與其它工藝的多種組合

5.1、焊接工藝+沖裁

底盤焊接總成，諸如一些支架有對稱孔，要求精度較高，傳統的焊接工藝無法保證精度要求，而且又無法采用機加工工藝。國內的外資、合資品牌從開始就使用焊接工藝+沖裁工藝，不但可以保證精度，而且可以縮短調試周期。焊后沖裁的技術核心是氣動增壓缸，比傳統的液壓缸具有設備體積小、沖裁力大的特點，能在短距離內對2～6mm的板材進行沖孔加工，速度快，精度高。劣勢在于成本高，單機價格在150～200萬元之間。

5.2、焊接工藝+機加工工藝

對于中高端車型的底盤焊接總成，如后扭梁、擺臂套管等，其平均精度為0.5～0.8mm。此類部件均采用焊接工藝+機加工工藝的組合形式，即先進行焊接，最后用機加工保證最終產品精度要求，由于機加工工藝本身不會產生變形，所以很多底盤制造廠大量采用此種形式，但是這種工藝組合，在產品設計時要同步考慮工藝設計，提前考慮機加工預留量。

參考文獻：

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（作者單位：精誠工科汽車系統有限公司底盤研究）